36. Орбитронные ионно-геттерные насосы.

В орбитронных насосах увеличение длины пробега лектронов, ионизирующих молекулы откачиваемого газа, достигается при их движении в электростатическом поле между двумя коаксиальными цилиндрическими электродами. Эти же электроды используются и для ускорения ионизированных молекул газа. Для уменьшения вероятности захвата электронов внутренний цилиндр, находящийся под положительным потенциалом и являющийся анодом, выполняется в виде стержня небольшого диаметра или проволоки. Внешний цилиндр поддерживается под отрицательным потенциалом, т.е. является катодом. Разность потенциалов между электродами составляет, как правило, несколько киловольт; распределение потенциала зависит от геометрических размеров электродов следующим образом:

(2.29)

где L − длина электродов; rk и ra − радиусы катода и анода соответственно. Быстрота откачки орбитронного насоса пропорциональна ионному току, который, в свою очередь, пропорционален разности потенциалов U между катодом и анодом, а следовательно, длине L электродов. Схема конструкции простейшего орбитронного насоса представлена на рис. 2.49. Анод 2 выполнен в виде тонкого вольфрамового стержня. Цилиндрический корпус 1 насоса является катодом коллектором ионов. Источниками электронов являются вольфрамовые накальные катоды 4, установленные в торце насоса. На аноде 2 закреплены навески 6 геттера (титана). Корпус насоса охлаждается обычно проточной водой. Электроны, эмиттируемые нагретыми пропусканием тока вольфрамовыми нитями-катодами 4, попадают в область электростатического поля осевой симметрии, создаваемого напряжением U между цилиндрическими электродами, под действием которого

движутся по сложным орбитам, ионизируя при этом молекулы от качиваемого газа. Часть электронов, траектории которых проходят вблизи анода, попадают на навеску из титана и разогревают ее, что приводит к испарению титана. Титан осаждается в виде тонкой пленки на внутренней поверхности охлаждаемого корпуса насоса. В конструкции насоса, приведенной на рис. 2.49, используются термокатоды с разделенными функциями, являющиеся раздельными источниками

Рис. 2.49. Схема орбитронного вакуумного насоса:

а − схема насоса; б − проекции траекторий электронов.

1 − корпус насоса; 2 − анод; 3 − сетка; 4 − термокатод с экраном; 5 − отражатель-

ный электрод; 6 − навески геттера; 7 − источник электронов для распыления гет-

тера; 8 − траектория электрона, распыляющего геттер; 9 − источник электронов

для ионизации молекул газа; 10 − траектория электрона, ионизирующего молекулы газа электронов для ионизации молекул откачиваемого газа и для испарения титана. Расположение этих источников 9 и 7 и проекции соответствующих орбит электронов 10 и 8 показаны на рис. 2.49, б. Управление орбитами электронов различного назначения осуществляется потенциалами, подаваемыми на катоды 4, экраны и отражательные электроды 5. Может устанавливаться также дополнительный электрод, сообщающий электронам касательные скорости, что способствует повышению эффективности ионизации. Откачка активных газов происходит в основном по тому же механизму, что и в испарительных геттерных и геттерно-ионных насосах: ионизированные молекулы хемосорбируются геттерной пленкой титана. Поглощение инертных газов осуществляется в основном за счет того, что ускоренные ионы газа внедряются в при поверхностный слой осажденного на корпус насоса геттера и замуровываются вновь напыляемыми слоями. Между анодом и коллек тором устанавливается сеточный цилиндр 3, и потенциал, подаваемый на сетку, способствует дополнительному ускорению ионов и повышению быстроты действия насоса по инертным газам. Насосы могут обеспечить быстроту откачки по азоту до 5 м3/с, а по аргону - 0,025 м3/с. Для их запуска требуется предварительное разрежение ∼10−1 Па. К достоинствам орбитронных насосов следует отнести их компактность, отсутствие магнитных полей, возможность достижения разрежения ~10−9 Па, отсутствие загрязняющих примесей, в частности углеводородов. Недостатком орбитронных, так же как и геттерно-ионных, насосов является то, что быстрота откачки и скорость распыления геттера независимы друг от друга, что часто приводит к непроизводительному расходу активного металла.